Perubahan bentuk dan ukuran benda bergantung pada arah dan letak gaya luar yang diberikan. Ada beberapa jenis deformasi yang bergantung pada sifat elastisitas benda, antara lain tegangan (stress) dan regangan (strain). Perhatikan Gambar berikut!
Benda elastis dengan pertambahan panjang ΔL.
Gambar diatas menunjukkan sebuah benda elastis dengan panjang L0 dan luas penampang A diberikan gaya F sehingga bertambah panjang ΔL . Dalam keadaan ini, dikatakan benda mengalami tegangan.
Tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan perubahan bentuk benda. Tegangan (stress) didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas penampang benda. Secara matematis dituliskan:
dengan:
σ = tegangan (Pa)
F = gaya (N)
A = luas penampang (m2)
Satuan SI untuk tegangan adalah pascal (Pa), dengan konversi:
atau
1 Pa = 1 N/m2
Tegangan dibedakan menjadi tiga macam, yaitu regangan, mampatan, dan geseran, seperti ditunjukkan Gambar berikut!
Jenis-jenis tegangan.
Adapun regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang batang dengan panjang mula-mula dinyatakan:
dengan:
e = regangan
ΔL= pertambahan panjang (m)
L= panjang mula-mula (m)
Regangan merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang tersebut berubah bentuk. Tegangan diberikan pada materi dari arah luar, sedangkan regangan adalah tanggapan materi terhadap tegangan. Pada daerah elastis, besarnya tegangan berbanding lurus dengan regangan. Perbandingan antara tegangan dan regangan benda tersebut disebut modulus elastisitas atau modulus Young. Pengukuran modulus Young dapat dilakukan dengan menggunakan gelombang akustik, karena kecepatan jalannya bergantung pada modulus Young. Secara matematis dirumuskan:
dengan:
E= modulus Young (N/m 2)
F= gaya (N)
L= panjang mula-mula (m)
ΔL= pertambahan panjang (m)
A = luas penampang (m2)
Nilai modulus Young hanya bergantung pada jenis benda (komposisi benda), tidak bergantung pada ukuran atau bentuk benda. Nilai modulus Young beberapa jenis bahan dapat kalian lihat pada Tabel dibawah. Satuan SI untuk E adalah pascal (Pa) atau Nm2 .
Nilai modulus Young beberapa jenis bahan.
Contoh Soal
Kawat piano dari baja panjangnya 1,6 m dengan diameter 0,2 cm dan modulus Young 2 x 1011 N/m2. Ketika dikencangkan kawat meregang 0,3 cm. Berapakah besarnya gaya yang diberikan?
Penyelesaian:
Diketahui:
L = 1,6 m
d = 0,2 cm = 2 x 10 -3 m
Ditanya:
F = ... ?
Jawab:
A = πr2= 3,14 ( 1 x 10-3)2= 3,14 x 10-6m2
